采用高功率光纤激光对15 mm厚2A12铝合金开展了激光切割工艺试验, 系统研究了离焦量、切割速度、辅助气压、激光功率等参数对切割质量的影响。研究过程中以切面条纹形貌和底部挂渣形貌作为依据评判切割质量。首先通过单因素试验, 确定了离焦量、切割速度、辅助气压、激光功率的最佳参数区间; 然后对较佳工艺参数进行试验优化, 即对正离焦和负离焦进行对比试验, 选出最佳的离焦量与切割速度的参数组合。针对15 mm厚铝合金激光切割, 得出最佳工艺参数为：激光功率9 kW, 切割速度2 000 mm/min, 辅助气压1.8 MPa, 喷嘴直径3.0 mm, 喷嘴高度0.8 mm, 离焦量+4 mm。

铁基非晶带材是一种新型结构功能材料, 具有优异的磁性、耐磨性、强度和硬度等。采用波长355 nm的纳秒紫外激光对Fe78Si9B13非晶薄带进行激光切割, 研究激光脉冲频率、脉冲宽度和切割速度对切缝宽度和热影响区宽度的影响规律。结果表明, 在一定范围内, 增加切割速度能够减少切缝和热影响区宽度, 提高切割效率; 切缝和热影响区宽度随脉冲频率的增大而减小; 随着脉宽的增加, 切缝宽度呈下降趋势, 而热影响区宽度呈上升趋势。热分析结果表明部分样品的热影响区域发生晶化反应。

利用光纤激光器切割1 mm厚铜-钢-铜层合板时,会出现反射率高、氧气辅助切割表面氧化严重及板材切割后切缝宽等问题。提出了激光预处理法,通过控制能量输入和氧化反应,材料表面产生了浅层熔化,从而预处理区域的元素构成、形貌及物化性质得到改变。最终获得了缝宽小于光斑直径的狭缝光栅试件。利用IPP软件对预处理后浅层熔化区域内的氧化物分布进行了测定,并计算了氧化物面积占浅层熔化区面积的比例。利用预处理法,获得了满足质量要求的狭缝光栅件,切割后的热影响区大大减小且背面无挂渣,切割前后覆层铜材料的性质得到保护,光纤激光切割铜-钢层合板的质量得到保证。

采用万瓦级光纤激光对10 mm厚2A12铝合金开展了激光切割工艺实验, 系统研究了切割速度、辅助气压、离焦量、喷嘴直径、喷嘴高度等参数对切割质量的影响。研究过程中以切面条纹形貌和底部挂渣高度作为依据评价切割质量。首先通过单因素实验, 确定了离焦量、喷嘴直径、喷嘴高度的最佳参数区间; 然后进行全因子实验, 结果表明特定辅助气压下存在可获得良好切割质量的切割速度区间, 在一定程度内增大辅助气压将提高该速度区间。针对10 mm厚铝合金激光切割, 得出最佳工艺参数为: 激光功率9 kW、切割速度1 750 mm/min、辅助气压20 Bar、喷嘴直径3.0 mm、喷嘴高度0.8 mm、离焦量-7 mm。通过对激光切割断面的重铸层分析表明, 析出相在晶界处连续分布及晶内弥散分布, 将对位错运动产生较强的阻碍作用, 一定程度上提高切割表面抗裂纹萌生能力。

针对硅钢片的激光切割质量进行研究。基于回归正交设计理论, 建立正交方程旨于快速找出最佳工艺参数以缩短生产加工时间。采用回归正交设计将实验结果与工艺参数建立数学方程。通过方差分析得出重要的影响因素从而进一步优化方程, 该方程的理论计算结果与实际结果误差在1%左右, 但方程要在指定的工艺参数范围内使用才具有精确的结果。通过MATLAB对方程进行三维拟合, 结果表明方程能够得出极值, 进一步证明回归正交方程对激光切割硅钢片具有一定的预测作用。

水辅助激光加工中, 水流状态对激光加工有重要影响。为了研究激光加工中不同水流状态对加工质量的影响, 文章建立带切槽的水射流冲击模型, 分析激光扫描方向与水流同向和反向对加工中流场造成的差异; 通过对比试验, 研究两种刻蚀方式对单晶硅切槽形貌和几何尺寸的影响, 并分析差异产生的机理。研究结果表明, 同向刻蚀模型中切槽截面中心上的总压强最小为2 941.970 Pa, 远大于反向刻蚀; 反向刻蚀模型在近壁面处的速度更大, 比同向刻蚀大3.104 m/s。反向刻蚀比同向刻蚀的槽宽小约13.500 μm且表面无熔渣堆积; 反向刻蚀槽深明显大于同向刻蚀, 并且此差距随激光功率增加而增加, 在激光功率15 W时最大相差127.773 μm; 反向刻蚀切槽上表面的平均面粗糙为0.158 μm, 更接近基材未加工区域的0.141 μm。模拟和实验的结果为进一步提高水射流辅助激光加工的切割质量提供了思路。

在激光切割中,辅助气体须与激光束轴线同轴,以确保在每个切割方向上都具有相同的切割质量。但研究发现,辅助气体与激光束轴线处于某种离轴(即不同轴)状态时,可有效提高切割效率,但离轴量对切割过程的影响机理尚不明确。建立了包含切缝的离轴激光切割三维对称模型,采用有限元方法对以氮气为辅助气体的激光切割过程进行数值模拟。通过改变离轴量,分析了辅助气体的气流场结构,研究了离轴量对激光切割过程中辅助气体动力学性能的影响;同时,对不同离轴量下的激光切割仿真模拟结果进行比较和分析,明确了离轴量对激光切割的影响机理,并进行了切割实验验证。结果表明:离轴量会影响辅助气体的动力学性能,合适的离轴量可有效提高激光的切割质量。

利用热力学方程进行了激光切割AZ31B镁铝合金的仿真实验。激光切割速度为8 mm·s-1时, 试样具有较好的切割质量。开展了光纤激光切割1.0 mm厚AZ31B镁铝合金的工艺实验, 获得了激光功率、切割速度、离焦量对激光切割质量影响的单因素实验数据, 并提出了三因素正交实验方案。1.0 mm厚AZ31B镁铝合金激光切割的优化工艺参数为：激光功率120 W, 切割速度0.5 m·min-1, 离焦量1.2 mm, 与理论计算值基本一致。

从激光切割机的切割原理出发,分析激光切割的特点。根据其特点,尽可能全面地实验研究市面上主流板材使用激光切割的可行性,重点关注无法使用激光加工的板材,将无法加工或加工质量低下的板材进行归纳总结,对其原因进行深入分析,并提出相应的改进方案。

研究了使用Nd∶YAG激光切割牌号为GH3128的高温合金钢过程中的工艺参数。采用正交法进行了20次试验。研究了影响激光切割质量的因素，包括氧气气压、离焦量、加工速度、输入电流、脉宽、频率及误差项。观测切割后的挂渣厚度、切缝宽度，并得到综合评价结果；采用直观分析法分析了各个工艺参数对切割质量的影响程度，得到最优工艺参数，并根据最优工艺参数进行验证试验。采用方差分析法分析了各个因素之间的交互作用及区组间差异，并研究交互作用及区组间差异对切割质量的影响。结果表明，正交法可以优化挂渣厚度和综合评价，但对切缝宽度无优化作用。